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新一代纳米感光材料可恢复盲鼠的视觉

撰文 | 郑耿锋、张嘉漪

责编 | 叶水送

在视网膜中,对光敏感的感受细胞(光感受器)受光照射,产生的电信号启动了视觉过程。光感受器一旦损伤或退变(如常见的黄斑变性),由于光感受器不能自行修复,往往会导致失明。

用人工方法恢复视网膜的感光能力,是神经科学和临床医学面临的大难题。

近日,复旦大学脑科学研究院研究员、附属中山医院兼职教授张嘉漪课题组和复旦大学先进材料实验室教授郑耿锋课题组联手,经过三年努力,将光敏纳米线阵列植入盲小鼠眼底,使其恢复了视觉。相关研究成果于3月6日以“纳米线阵列恢复盲小鼠视觉”(Nanowire arrays restore vision in blind mice)为题在线发表于《自然-通讯》(Nature Communications)杂志。

该合作团队受光感受器的结构和功能启发,研发了经金纳米颗粒修饰的二氧化钛纳米线阵列的人工光感受器。至于为何选择这种材料,与其他修复材料比有何优势?该研究团队成员就此表示,主要基于三点考虑:1)和视网膜光感受器一样,负载金的氧化钛纳米线有很大的长宽比,光电性能好;2)该材料对蓝光和绿光都有响应;3)纳米线阵列轻薄,能制备在柔性衬底上。

通过测量小鼠的瞳孔反射以及小鼠视皮层的光反应,研究人员来判断小鼠光反应的恢复情况。二氧化钛纳米线阵列材料能够在多大程度恢复小鼠的视觉?经研究发现,纳米线阵列使盲小鼠视网膜中存留的神经节细胞(把视觉信号经视神经向大脑视觉中枢传递)恢复了对绿色、蓝色和近紫外的光反应,其对光的敏感度和空间分辨率均接近正常小鼠。

研究团队进一步在活的盲小鼠眼底植入纳米线阵列,发现视觉中枢(视皮层)的神经元也恢复对光的响应,瞳孔光反射也有改善,这些结果表明盲小鼠的视觉已恢复。

目前,该材料还无法让小鼠感知色彩。研究人员表示,“这是一个很有挑战的困难,未来计划开发对不同颜色有不同选择性的多种纳米线阵列。”

据介绍,针对人的视力恢复,这项研究业已表明纳米材料的眼底植入技术在临床上可行,为黄斑变性等光感受器退化的疾病的治疗提供了一条新途径:通过研发新一代可植入性人工光感受器,可以帮助患者恢复视觉。

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Tang J et al. Nanowire arrays restore vision in blind mice. Nat. Comm, 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-03212-0.

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